CN103970055B - 多环境数据采集存储装置及方法 - Google Patents

多环境数据采集存储装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种数据采集装置，特别涉及温湿度及振动采集装置。其技术方案是：一种多环境数据采集存储装置，包括：温湿度传感器(3)，振动传感器(6)，微处理器(11)，SD卡及卡托(4)，USB控制器(12)，USB接口(2)，电池(14)，电源接口(9)，电源模块(10)；其特征是：还包括陶瓷基PCB板(5)以及可拆卸壳体(13)。本发明体积小、质量轻、功耗低，独立工作，安装和拆卸方便，可以在不改变被测装备原结构、不影响其操作使用的前提上，灵活部署于被测装备外部或内部，实现环境数据的实时、长期采集和存储，数据采集精度满足GJB150A‑2009中容差分析需求，满足对产品进行环境试验、可靠性试验条件制定需求。

Description

多环境数据采集存储装置及方法
技术领域
本发明属于一种数据采集装置，特别涉及温湿度及振动采集装置。
背景技术
为了对装备可靠性、环境适应性、健康状态监测等指标进行论证和试验，需要对装备在运输、存放、执行任务等过程中的温湿度、振动等环境数据进行短时间的采集或长时间的监测。现有技术主要存在以下几个方面的问题：(1)温湿度、振动分别采集，导致设备多，不利于在野外等现场操作；(2)需要大量连接电源、数据线，难以实现在装备内部点位部设，也影响装备的操作使用；(3)采集装置及其附属设备体积大，价格昂贵，功耗大，不利于多点位的采集，更难以适应长期健康监测的需要。
发明内容
本发明的目的是：提供一种可以解决上述问题，适用于装备多点位温湿度和振动环境数据采集的微型、长时间、自采集和自存储的一体化环境数据采集装置。
本发明的技术方案是：一种多环境数据采集存储装置，包括：温湿度传感器(3)，振动传感器(6)，微处理器(11)，SD卡及卡托(4)，USB控制器(12)，USB接口(2)，电池(14)，电源接口(9)，电源模块(10)；其特征是：还包括陶瓷基PCB板(5)以及可拆卸壳体(13)；
所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)将物理量转换为数字信号，送交所述微处理器(11)处理后存储于所述SD卡，并经由所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)输出；所述电池(14)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)为各部件提供电力；所述陶瓷基PCB板(5)用于安装所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述微处理器(11)、所述SD卡及卡托(4)、所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)，并通过螺孔(1)固连于所述可拆卸壳体(13)的底部；所述可拆卸壳体(13)内部还封装所述电池(14)，并用于通过粘合剂固定在被测装备表面。
一种多环境数据采集存储方法，它使用如上所述的多环境数据采集存储装置，并由所述微处理器(11)控制，执行以下步骤：
A.状态字读取
如果所述USB接口(2)已连接计算机，则读取来自所述计算机的工作模式、温湿度采样率、振动采样率、唤醒阈值、温度校正参数、振动校正参数状态字；其中，所述工作模式状态字设定工作状态或休眠/唤醒状态；所述温湿度采样率状态字设定每天采样次数；所述振动采样率状态字在工作状态下设定每秒采样次数，取值范围为1～3000，在休眠/唤醒状态下设定每天采样的次数；所述唤醒阈值状态字设定休眠状态和唤醒状态之间的转换阈值，单位为0.01g；所述温度校正参数状态字设定用于温度校正算法的参数，其第一位为正负号；所述振动校正参数状态字设定用于振动校正算法的参数，其第一位为正负号；
如果所述USB接口(2)未连接所述计算机，则继续沿用上次读入的状态字；
B.电量判断和报警
读取所述电池(14)的剩余电量，如果小于设定阈值，则所述电源指示灯(7)闪烁报警；
C.进入设定工作模式
如果所述工作模式状态字设定为工作状态，则使所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡处于全工作状态，按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，采集温湿度和振动数据，并转D步骤；
如果所述工作模式状态字设定为休眠/唤醒状态，则转F步骤；
D.数据校正
D1.温度补偿
设从所述状态字读取的温度校正参数为CT，所述温湿度传感器(3)的温度值数字输出为MT，则温度T补偿公式为：
T＝CT-39.6+0.01MT
D2.相对湿度补偿
设从所述状态字读取的湿度校正参数为CH，所述温湿度传感器(3)的相对湿度值数字输出为MH，则对相对湿度RHL进行非线性和常值项补偿公式为：
RH L = C H - 2.0468 + 0.0367 M H - 1.5955 × 10 - 6 M H 2
其中，RHL为非线性和常值项补偿后的相对湿度；
对相对湿度进行温度补偿的公式为：
RHT＝RHL+(MT-25)(0.01+0.00008MH)％
其中，RHT为温度补偿后的相对湿度；
D3.振动量补偿
令从所述状态字读取的振动校正参数为CV，所述振动传感器(6)输出为16进制数振动量为MV，则振动量补偿后公式为：
V＝Cv+[hex2dec(MV)-2048]/2048×50
其中振动量单位为g，1g≈9.8m/s2，hex2dec表示将16进制转换为10进制；
E.数据存储
将补偿后的温度T、相对湿度RHT、振动量V写入所述SD卡；如果所述USB接口(2)已连接计算机，则传送给计算机；
F.休眠/唤醒状态
按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，定时唤醒所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡，采集温湿度和振动数据，执行D、E步骤，完成后即转为休眠状态，等待下次唤醒；
和/或利用所述振动传感器(6)的跌落检测功能，在检测到振动量v0超过所述状态字设定的振动阈值Vthresold时，唤醒所述振动传感器(6)、所述SD卡进行振动量采集，执行D3和E步骤，当振动量不大于Vthreshold时转入休眠状态，继续进行跌落检测。
本发明体积小、质量轻、功耗低，独立工作，安装和拆卸方便，可以在不改变被测装备原结构、不影响其操作使用的前提上，灵活部署于被测装备外部或内部，实现环境数据的实时、长期采集和存储，数据采集精度满足GJB150A-2009中容差分析需求，满足对产品进行环境试验、可靠性试验条件制定需求。
附图说明
附图1为本发明中多环境数据采集存储装置原理框图；
附图2为本发明中多环境数据采集存储装置结构示意图；
附图3为本发明中多环境数据采集存储方法流程图。
具体实施方式
实施例1：参见附图1、2，一种多环境数据采集存储装置，包括：温湿度传感器(3)，振动传感器(6)，微处理器(11)，SD卡及卡托(4)，USB控制器(12)，USB接口(2)，电池(14)，电源接口(9)，电源模块(10)，电源指示灯(7)以及电源开关(8)；其特征是：还包括陶瓷基PCB板(5)以及可拆卸壳体(13)；
所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)将物理量转换为数字信号，送交所述微处理器(11)处理后存储于所述SD卡，并经由所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)输出；所述电池(14)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)为各部件提供电力；所述陶瓷基PCB板(5)用于安装所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述微处理器(11)、所述SD卡及卡托(4)、所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)，并通过螺孔(1)固连于所述可拆卸壳体(13)的底部；所述可拆卸壳体(13)内部还封装所述电池(14)，并用于通过粘合剂固定在被测装备表面。
实施例2：如实施例1所述的多环境数据采集存储装置，其特征是：所述温湿度传感器(3)型号为SHT10，所述振动传感器(6)型号为AEMS832M1，所述微处理器(11)型号为STM32L151C8T6，所述电池(14)为3V锂电池。
实施例3：参见附图2，一种多环境数据采集存储方法，它使用如实施例1或2所述的多环境数据采集存储装置，并由所述微处理器(11)控制，执行以下步骤：
A.状态字读取
如果所述USB接口(2)已连接计算机，则读取来自所述计算机的工作模式、温湿度采样率、振动采样率、唤醒阈值、温度校正参数、振动校正参数状态字；其中，所述工作模式状态字设定工作状态或休眠/唤醒状态；所述温湿度采样率状态字设定每天采样次数；所述振动采样率状态字在工作状态下设定每秒采样次数，取值范围为1～3000，在休眠/唤醒状态下设定每天采样的次数；所述唤醒阈值状态字设定休眠状态和唤醒状态之间的转换阈值，单位为0.01g；所述温度校正参数状态字设定用于温度校正算法的参数，其第一位为正负号；所述振动校正参数状态字设定用于振动校正算法的参数，其第一位为正负号；
如果所述USB接口(2)未连接所述计算机，则继续沿用上次读入的状态字；
B.电量判断和报警
读取所述电池(14)的剩余电量，如果小于设定阈值，则所述电源指示灯(7)闪烁报警；
C.进入设定工作模式
如果所述工作模式状态字设定为工作状态，则使所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡处于全工作状态，按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，采集温湿度和振动数据，并转D步骤；
如果所述工作模式状态字设定为休眠/唤醒状态，则转F步骤；
D.数据校正
D1.温度补偿
设从所述状态字读取的温度校正参数为CT，所述温湿度传感器(3)的温度值数字输出为MT，则温度T补偿公式为：
T＝CT-39.6+0.01MT
D2.相对湿度补偿
设从所述状态字读取的湿度校正参数为CH，所述温湿度传感器(3)的相对湿度值数字输出为MH，则对相对湿度RHL进行非线性和常值项补偿公式为：
其中，RHL为非线性和常值项补偿后的相对湿度；
对相对湿度进行温度补偿的公式为：
RHT＝RHL+(MT-25)(0.01+0.00008MH)％
其中，RHT为温度补偿后的相对湿度；
D3.振动量补偿
令从所述状态字读取的振动校正参数为CV，所述振动传感器(6)输出为16进制数振动量为MV，则振动量补偿后公式为：
V＝Cv+[hex2dec(MV)-2048]/2048×50
其中振动量单位为g，1g≈9.8m/s2，hex2dec表示将16进制转换为10进制；
E.数据存储
将补偿后的温度T、相对湿度RHT、振动量V写入所述SD卡；如果所述USB接口(2)已连接计算机，则传送给计算机；
F.休眠/唤醒状态
按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，定时唤醒所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡，采集温湿度和振动数据，执行D、E步骤，完成后即转为休眠状态，等待下次唤醒；
和/或利用所述振动传感器(6)的跌落检测功能，在检测到振动量v0超过所述状态字设定的振动阈值Vthreshold时，唤醒所述振动传感器(6)、所述SD卡进行振动量采集，执行D3和E步骤，当振动量不大于Vthreshold时转入休眠状态，继续进行跌落检测。

Claims (1)

1.一种多环境数据采集存储方法，它使用一种多环境数据采集存储装置，包括：温湿度传感器(3)，振动传感器(6)，微处理器(11)，SD卡及卡托(4)，USB控制器(12)，USB接口(2)，电池(14)，电源接口(9)，电源模块(10)，电源指示灯(7)以及电源开关(8)；其特征是：还包括陶瓷基PCB板(5)以及可拆卸壳体(13)；
所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)将物理量转换为数字信号，送交所述微处理器(11)处理后存储于所述SD卡，并经由所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)输出；所述电池(14)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)为各部件提供电力；所述陶瓷基PCB板(5)用于安装所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述微处理器(11)、所述SD卡及卡托(4)、所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)，并通过螺孔(1)固连于所述可拆卸壳体(13)的底部；所述可拆卸壳体(13)内部还封装所述电池(14)，并用于通过粘合剂固定在被测装备表面；并由所述微处理器(11)控制，执行以下步骤：
A.状态字读取
如果所述USB接口(2)已连接计算机，则读取来自所述计算机的工作模式、温湿度采样率、振动采样率、唤醒阈值、温度校正参数、振动校正参数状态字；其中，所述工作模式状态字设定工作状态或休眠/唤醒状态；所述温湿度采样率状态字设定每天采样次数；所述振动采样率状态字在工作状态下设定每秒采样次数，取值范围为1～3000，在休眠/唤醒状态下设定每天采样的次数；所述唤醒阈值状态字设定休眠状态和唤醒状态之间的转换阈值，单位为0.01g；所述温度校正参数状态字设定用于温度校正算法的参数，其第一位为正负号；所述振动校正参数状态字设定用于振动校正算法的参数，其第一位为正负号；
如果所述USB接口(2)未连接所述计算机，则继续沿用上次读入的状态字；
B.电量判断和报警
读取所述电池(14)的剩余电量，如果小于设定阈值，则所述电源指示灯(7)闪烁报警；
C.进入设定工作模式
如果所述工作模式状态字设定为工作状态，则使所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡处于全工作状态，按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，采集温湿度和振动数据，并转D步骤；
如果所述工作模式状态字设定为休眠/唤醒状态，则转F步骤；
D.数据校正
D1.温度补偿
设从所述状态字读取的温度校正参数为CT，所述温湿度传感器(3)的温度值数字输出为MT，则温度T补偿公式为：
T＝CT-39.6+0.01MT
D2.相对湿度补偿
设从所述状态字读取的湿度校正参数为CH，所述温湿度传感器(3)的相对湿度值数字输出为MH，则对相对湿度RHL进行非线性和常值项补偿公式为：
RH L = C H - 2.0468 + 0.0367 M H - 1.5955 × 10 - 6 M H 2
其中，RHL为非线性和常值项补偿后的相对湿度；
对相对湿度进行温度补偿的公式为：
RHT＝RHL+(MT-25)(0.01+0.00008MH)％
其中，RHT为温度补偿后的相对湿度；
D3.振动量补偿
令从所述状态字读取的振动校正参数为CV，所述振动传感器(6)输出为16进制数振动量为MV，则振动量补偿后公式为：
V＝Cv+[hex2dec(MV)-2048]/2048×50
其中振动量单位为g，1g≈9.8m/s2，hex2dec表示将16进制转换为10进制；
E.数据存储
将补偿后的温度T、相对湿度RHT、振动量V写入所述SD卡；如果所述USB接口(2)已连接计算机，则传送给计算机；
F.休眠/唤醒状态
按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，定时唤醒所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡，采集温湿度和振动数据，执行D、E步骤，完成后即转为休眠状态，等待下次唤醒；
和/或利用所述振动传感器(6)的跌落检测功能，在检测到振动量v0超过所述状态字设定的振动阈值Vthreshold时，唤醒所述振动传感器(6)、所述SD卡进行振动量采集，执行D3和E步骤，当振动量不大于Vthreshold时转入休眠状态，继续进行跌落检测。
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